Разработка и исследование тонкоплёночных сенсорных структур для химических датчиков на основе углеродных нанотрубок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат наук Комаров, Иван Александрович

• Комаров, Иван Александрович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Комаров, Иван Александрович

металлов..............................................................................................32

Выводы по главе 1.................................................................................34

2. Методы интеграции углеродных нанотрубок в технологические процессы микроэлектроники на БЮ2 подложки.........................................................36

2.1. Роль поверхности при росте углеродных нанотрубок на тонкопленочных катализаторах.......................................................................................36

2.1.1. Рост углеродных нанотрубок на тонких плёнках №................................38

2.1.2. Рост планарных нанотрубных структур на многослойных катализаторах.....42

2.2. Создание растворов ПАВ с УНТ..........................................................45

2.3 Методы осаждения углеродных нанотрубок на БЮ2 подложку....................48

2.3.1 Метод электрофореза.......................................................................49

2.3.2 Капельный метод...........................................................................57

2.3.3 Метод аэрозольного нанесения..........................................................59

2.4. Маршрут создания сенсорной структуры...............................................64

Выводы по главе 2.................................................................................64

3. Разработка химических сенсоров на основе УНТ композитов........................66

3.1 Сенсоры на основе композитов УНТ в ПАВ............................................66

3.1.1 Исследование чувствительности сенсорных структур на основе композита УНТ в ПАВ к парам спиртов....................................................................66

3.1.2 Исследование чувствительности сенсорных структур на основе композита УНТ в ПАВ к парам аммиака...................................................................76

3.1.3 Разработка конструкции и испытание многокомпонентной сенсорной системы на основе углеродных нанотрубок в атмосфере, содержащей различные химические

агенты.................................................................................................82

3.2. Разработка химических сенсоров на основе смеси углеродных нанотрубок и

наностержней ZnO.................................................................................88

3.2.1. Создание смеси углеродных нанотрубок с наностержнями ZnO и

исследование её свойств.........................................................................89

3.2.2 Особенности маршрута создания сенсорной структуры...........................90

3.2.3. Удельная поверхность композита углеродных нанотрубок и оксида цинка.................................................................................................92

3.2.4. Исследование чувствительности сенсорных структур к парам

аммиака..............................................................................................94

Выводы по главе 3.................................................................................99

4. Разработка биосенсора на основе углеродных нанотрубок на гибкой подложке...........................................................................................101

4.1. Методика нанесения углеродных нанотрубок на прозрачную подложку......102

4.1.1 Нанесение композита УНТ + альбумин на стеклянную подложку.............102

4.1.2 Нанесение композита УНТ + ПАВ на подложку полиэтиленнафталата......105

4.1.3. Однородность и толщина плёнок композита УНТ+ЦТАБ.......................108

4.1.4. Влияние толщины плёнки на проводимость и прозрачность композитов УНТ+ЦТАБ.......................................................................................110

4.1.5. Оптические свойства плёнок композита УНТ+ЦТАБ............................113

4.1.6. Исследование влияния изгиба на свойства плёнок углеродных нанотрубок........................................................................................114

4.2. Методика создания сенсора на основе сеток УНТ на гибкой подложке........115

4.3. Исследование отклика сенсорной структуры на малые концентрации

тромбина...........................................................................................118

Выводы по главе 4...............................................................................121

Заключение Список литературы

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование тонкоплёночных сенсорных структур для химических датчиков на основе углеродных нанотрубок»

Актуальность работы

Традиционные химические датчики на основе полупроводниковых материалов широко используются в современной технике и позволяют с высокой точностью и хорошей повторяемостью определять малые концентрации различных химических агентов. Тем не менее, данные сенсорные структуры не лишены недостатков, которые с учётом современных тенденций развития портативной электроники являются критичными. На сегодняшний день устройства портативной электроники (в частности мобильные телефоны и планшетные компьютеры) оснащаются всё большим количеством сенсоров, позволяющих регистрировать параметры внешней среды. Однако, до сих пор в персональных портативных устройствах отсутствуют системы регистрации запахов. Это вызвано как сложностями с созданием на подложках малой площади системы сенсоров, чувствительных к нескольким запахам, так и относительно высоким энергопотреблением такой схемы. Кроме того, до сих пор не решена важнейшая проблема химических сенсоров: селективное определение запаха в многокомпонентной среде. Также для традиционных металл-оксидных сенсоров проблемой является интеграция в бурно развивающуюся с 2000-х годов гибкую электронику, которая в ближайшем будущем, по-видимому, займет значительную часть рынка портативных устройств.

Одним из основных подходов к вышеуказанным проблемам является использование новых материалов, в частности наноматериалов (как органических, так и неорганических). Одними из наиболее многообещающих кандидатов на роль заменителя оксидов металлов являются углеродные нанотрубки (УНТ), которые, помимо высокой чувствительности (в чистом виде) к отдельным газам, демонстрируют хорошую механическую прочность и возможность модификации различными химическими группами и биомолекулами, а также возможность интеграции в различные композиты, что позволяет значительно расширить номенклатуру детектируемых веществ.

Соответственно, необходимость разработки методов создания сенсоров на основе углеродных наноматериалов и их композитов, а также всестороннего изучения их свойств в различных химических и биологических средах определяет актуальность данной диссертационной работы.

Цель работы и задачи

Целью диссертационной работы являлась разработка и исследование сенсорных структур на основе композитов и функциональных соединений углеродных нанотрубок с различными наноматериалами и изучение их электрофизических характеристик в изменяющихся химических и биологических средах.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

• Провести исследование существующих методов создания сенсорных

структур на основе углеродных наноматериалов;

• Разработать оптимальные химические и физические методы осаждения

углеродных наноматериалов (нанотрубок, нанографита) на поверхность подложек различных типов;

• Разработать методики создания сенсорных структур на основе композитов

углеродных нанотрубок с нановолокнами оксидов металлов;

• Разработать методики создания сенсорных структур на основе

функциональных соединений углеродных нанотрубок на основе поверхностно-активных веществ ионогенного и не ионогенного типа, включая ДНК.

• Провести исследование отклика сенсорных структур на малые концентрации

химических и биологических агентов;

• Продемонстрировать возможность создания сенсорных структур на гибких

полимерных подложках.

Объект и методы исследования

Объектами исследований являлись структуры в виде тонких пленок углеродных наноматериалов, их композитов, а также функциональных соединений с различными наноматериалами и веществами в составе сенсорных структур, а также технологические методы их создания.

Основными методами исследования являются: оценки и расчеты на основе имеющихся справочных данных, разработка экспериментальных образцов, устройств и приборов, проведение экспериментальных исследований. Электрофизические свойства тонких пленок углеродных наноматериалов, их композитов, а также функциональных соединений с различными наноматериалами были изучены методами атомно-силовой микроскопии (Solver-P47, NT-MDT, Россия, комплекс Centaur U HR ООО «Нано Скан Технология»), методами измерения и анализа статических и динамических электрических характеристик двух- и трехполюсников (ИППП-1/5, ОАО «МНИПИ», Республика Беларусь). Исследование оптических свойств пленок проводилось на спектрофотометре, ПЭ-5300 ВИ (ООО «Экохим», Россия). Синтез многослойных нанотрубок проводился в установке CVDomna (ООО «РПСЛ»),

Газочувствительные свойства структур на основе углеродных нанотрубок были изучены с помощью оригинальных экспериментальных установок и шестнадцатиканального измерителя параметров газовых сенсоров (ОАО «Практик-НЦ», Россия).

Научная новизна работы

1. Разработана методика управления параметрами покрытий на основе углеродных наноматериалов с помощью аэрозольного нанесения при повышенном давлении.

2. Продемонстрирована возможность управления величиной и селективностью отклика сенсорных структур на основе углеродных нанотрубок при их покрытии поверхностно-активными веществами, обладающими различной ионогенностью;

3. Выявлена зависимость величины сенсорного отклика композита нанопроводных сенсорных структур к аммиаку от соотношения концентраций УНТ и нановолокон оксида цинка;

4. Разработан конструктивно-технологический метод формирования гибкого сенсорного элемента на основе углеродных нанотрубок, иммобилизованных аптамерами;

5. Выявлен селективный отклик в проводимости нанотрубок иммобилизованными аптамерами, специфичными к тромбину, к различным белкам кровеносной системы.

Достоверность научных положений, результатов и выводов

Полученные экспериментальные результаты и разработанные методики подтверждаются известными теоретическими моделями. Опубликованные результаты согласуются с экспериментальными научными результатами других авторов.

Теоретическая значимость исследования состоит в выявлении закономерностей изменения отклика многокомпонентных сенсорных систем, что может быть использовано при разработке моделей «электронного носа». Основные положения и выводы, содержащиеся в диссертации, могут быть использованы при дальнейшем развитии теории химических и биологических сенсоров на основе углеродных нанотрубок, интегрируемых в процессы микроэлектронной технологии.

Практическая значимость исследования состоит в том, что разработаны методики управления селективностью нанопроводных сенсорных систем, что может быть использовано при разработке новых композитных высокочувствительных элементов промышленных сенсоров, а также разработке биологических сенсоров на гибких носителях, которые могут быть применены при создании систем ранней диагностики заболеваний.

Внедрены следующие результаты: 1. Разработанный конструктивно-технологический метод формирования сенсорных структур на основе углеродных нанотрубок использовался при

проведении ряда научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, проводимых в МИЭТ и ООО «Наносенсор».

2. Разработанная методика формирования покрытий на основе углеродных наноматериалов с помощью аэрозольного нанесения при повышенном давлении была использована при изготовлении структур для электрической стимуляции роста клеток в ООО «Наноинженерия органических и биологических интегрируемых систем».

3. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс в Национальном исследовательском университете «МИЭТ». Разработанные автором методики исследования сенсорных структур использованы при разработке и модернизации лекционных курсов и лабораторных работ по учебным дисциплинам: «Основы органической наноэлектроники», «Физические основы наноэлектроники», «Введение в нанотехнологию».

Основные научные положения, выносимые на защиту

1. Диаметр нанотрубок, формируемых при химическом осаждении из газовой фазы на предварительно патгернированном катализаторе, определяется величиной шероховатости ультратонкой пленки катализатора. Зависимость шероховатости от толщины ультратонких пленок имеет нелинейный характер и связана с переходом пленок из островкового типа в пористый и сплошной в процессе формирования нанотрубок.

2. Величина относительного отклика сенсорных структур, модифицированных поверхностно-активными веществами, на пары спиртов зависит от типа поверхностно-активного вещества. При использовании катионогенного ПАВ увеличивается отклик на этанол, при покрытии нанотрубок анионогенным ПАВ - увеличивается отклик на 2-пропанол.

3. Электрофизические свойства сенсорного слоя нанокомпозита на основе нанопроводников различного типа определяются соотношением концентраций его компонентов. Чувствительность сенсора к аммиаку на основе композита многослойных углеродных нанотрубок и наностержней ZnO максимальна в области концентраций нанотрубок от 40 масс.% до 60 масс.%. Увеличение

концентрации углеродных нанотрубок приводит к повышению удельной поверхности нанокомпозита, уменьшению сопротивления и чувствительности сенсорного слоя.

4. Предложенный метод многослойного нанесения углеродных нанотрубок из стабилизированного водного раствора позволяет контролировать толщину формирующихся покрытий с точностью до 10 нм и управлять прозрачностью и проводимостью формируемых пленок. С увеличением толщины покрытий проводимость уменьшается по квадратичному закону в соответствии' с трехмерной организацией проводящих каналов в структуре пленки, прозрачность пленок уменьшается линейно.

5. Сенсорные структуры на основе модифицированных аптамерами ОСНТ на гибкой ПЭН подложке, обладают селективной чувствительностью к тромбину при иммобилизации структур специфичными аптамерами. Время отклика сенсора составляет величину менее 1 минуты для концентрации тромбина в воде 2 мкМ.

Личный вклад автора

Основные результаты диссертации, представленные в работе, получены автором лично, либо в соавторстве при его непосредственном участии. Во всех совместных работах автор участвовал в постановке задач, разработке методик исследования и технологических подходов, проведении экспериментов, анализе результатов, написании статей, а также представлял результаты исследований на научно-технических конференциях и выставках.

Апробация работы

Материалы диссертации были представлены на следующих конференциях, семинарах и конкурсах научных работ:

• XV Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция (НТК) студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика». Москва. 2009.

• XVII Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция (НТК) студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика». Москва. 2010.

• XX Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция (НТК) студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика» - 2013. Москва. 2013;

• V Международная научно - техническая школа - конференция «Молодые ученые - 2008». Москва. 2008;

• International Conference "Nanobiophysics: Fundamental and Applied Aspects". Kharkov, Ukraine, 2009;

• 11 th international Conference on the Science and Application of nanotubes 2010. Montreal, Canada;

• 12 th international Conference on the Science and Application of nanotubes 2011. Cambridge, UK;

• Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы: получение, свойства, применение.У1 Ставеровские чтения. Бийск. 2012;

• Методологические аспекты сканирующей зондовой микроскопии. X Международная конференция, Минск. 2012;

• «От нанострутур , наноматериалов и нанотехнологий к наноиндустрии».Четвертая международная конференция. Ижевск. 2013;

• 14 international Conference on the Science and Applications of nanotubes" -Espoo, Finland. - 2013;

• International Conference "Advanced carbon nanostructures", St. Petersburg, 2013;

Публикации

Основные результаты исследования, проведенного автором, изложены в 21 опубликованной работе, в том числе 5 статьях в журналах, рекомендованных ВАК России, 16 материалах всероссийских и международных конференций. Основные положения диссертационного исследования полностью представлены в опубликованных работах.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка сокращений, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 140

страницах, из которых 110 составляет основной текст работы, включает 43 рисунка, 5 таблиц. Список литературы содержит 158 источников.

Глава 1. Состояние вопроса в области исследования и создания сенсорных структур на основе углеродных нанотрубок

Одной из важных задач, стоящих перед современной наукой в области нанотехнологий является создание хемо- и биосенсорных структур на основе наноразмерных материалов, как традиционных, таких как оксиды металлов, так и новых, таких как углеродные нанотрубки.

История создания химических сенсоров на основе полупроводников начинается во второй половине XX века, когда были созданы первые сенсоры, чувствительные к различным газам [1]. Однако развитие науки, в частности материаловедения не стоит на месте. В конце XX - начале XXI веков были открыты многочисленные нанозразмерные структуры как на основе углерода: фуллерены [2], нанотрубки [3], графен [4], так и наноразмерные модификации традиционных материалов, таких как оксиды металлов.

Одной из важнейших проблем, стоящих перед традиционными газовыми сенсорами, является их плохая селективность к различными газам, т.е. сенсоры, построенные на основе традицонных металл-оксидных материалах позволяют чувствовать либо единственный тип химического или биологического агента, либо сразу несколько похожих, из которых сложно выделить наиболее необходимый или вредоносный. Таким образом перед человечеством стоит задача создания таких химических и биологических сенсоров, которые позволят как выделить 1 интересующий хемо- или биоагент на фоне других, так и дать количественное определение данного агента. В свете данных проблем можно предложить глобальный подход, основанный на биомиметике, а именно создание электронного аналога носа человека или, например, собаки (на сегодняшний день является непревзойдённым в областях поиска взрывчатки или наркотических веществ), но позволяющего помимо качественного определения заданного агента определять и его количество. Кроме того, с учётом последних достижений в биологии и задач экспресс-анализа наличия болезнетворных агентов в человеке представляется важной задача создания быстрых, высокоселективных, биологически совместимых, а по-возможности неинвазивных и недорогих сенсоров, позволяющих

обнаруживать наличие различных болезней как на начальной стадии, так и оперативно контролировать их течение (например в случае диабета или сердечнососудистых заболеваний).

Основным методом в данном случае может стать использование различных наноматериалов. Так, начиная с момента открытия углеродных нанотрубок Иижимой в 1991 году появилось множество публикаций, в которых они были использованы как основа для создания высокочувствительных сенсоров как различных газов, таких как N0, N113, пары спиртов и бензина, формальдегида и т.д. [5], так и при создании датчиков глюкозы [6].

Тем не менее в последние десятилетие научное сообщество пришло к мысли, что сами по себе углеродные нанотрубки не являются тем «волшебным» средством, позволяющим создать высокочувствительный сенсор. Для улучшения таких важнейших параметров сенсоров как селективность, время реакции и время восстановления, повторяемость отклика требуется нечто большее, чем просто нанотрубки, как одно- так и многослойные.

При анализе литературы можно выделить несколько подходов к применению углеродных нанотрубок как материалов для хемо- и биологических сенсоров на основе углеродных наноматериалов.

К этим подходам можно отнести создание сенсоров на основе чистых одно- и многослойных нанотрубок, создание сенсоров на основе ориентированных сеток углеродных нанотрубок, сенсоры на основе модицированных углеродных нанотрубок, сенсоры на основе композитов наноматериалов и на основе т.н. гетероатомных углеродных нанотрубок (т.е. таких нанотрубок, в которых часть атомов углерода замещена атомами других веществ). Ниже будут рассмотрены вышеуказанные подходы и выделены их особенности.

1.1. Химические сенсоры на основе чистых углеродных нанотрубок

В работе [7] представлены результаты исследования адсобрции молекул на поверхность углеродных нанотрубок, где показано, что в зависимости от типа адсорбированных молекул происходит изменение электронных свойств нанотрубки

(добавка или недостаток электронов), что позволяет определить наличие определённых химических веществ. Предложено несколько конструкций данных сенсоров. Так в работе [8] конструкция сенсора основана на полевом транзисторе на УНТ, чувствительная к N02 и КНЗ. В данном случае конструкция основана на единичных полупроводниковых однослойных углеродных нанотрубках в качестве резистивного элемента, который экспонировался вышеуказанными веществами. Отклик такой конструкции на N02 (отношение сопротивления после и до экспонирования) составил от 100 до 1000, а на ИГО 10 - 100. Время отклика составило несколько секунд при экспонировании N02 и несколько минут при экспонировании №13. Основным недостатком данного сенсора является долгое время десорбции (порядка 12 часов при комнатной температуре и уменьшающееся при нагреве до 1 часа). Селективность данного устройства обеспечивается приложением напряжения к затвору, которое переводит нанотрубки в проводящее или диэлектрическое состояние.

В работах [8-10] рассмотрено 3 предположительных механизма возникновения отклика в сенсорной структуре, основанной на нанотрубочном полевом транзисторе. Первый механизм основан на переносе заряда между углеродной нанотрубкой и адсорбированной на её поверхности молекулой. Второй механизм - влияние полярных молекул, например N02 на пороговое напряжение затвора в структуре полевого транзистора на ОСНТ. Третий механизм предполагает изменение барьера Шоттки в области электрод - нанотрубка.

В работе [11] было проведено моделирование адсорбции N02 на углеродные нанотрубки. Показано, что при взаимодействии с каталитическими островками углеродных нанотрубок молекулы N02 преобразуются в N0 и N03, причём последние отвечают за долгое время десорбции.

В работах [12-14] показано, что время десорбции зависит от типа химического агента, адсорбирующегося на поверхность углеродных нанотрубок, а точнее от энергии адсорбции молекул этого агента на углеродные нанотрубки и может быть уменьшено при приложении положительного напряжения на затвор в структурах типа УНТ - БЕТ.

Также были сделаны попытки улучшить десорбцию газов посредством нагрева сенсоров и увеличения потока газа-носителя. Сенсорные структуры на основе ОСНТ, созданные методом трафаретной печати были подвергнуты воздействию N113 при комнатной температуре в потоке азота как газа-носителя [15]. Было обнаружено, что ОСНТ очень чувствительны к аммиаку и могут детектировать низкие (до 5 ррш) его концентрации, с временем отклика 10 минут. Когда сенсор помещается в атмосферу, содержащую аммиак, электроны из аммиака переходят в ОСНТ. Электроны из аммиака попадают в валентную зону углеродной нанотрубки, уменьшая число дырок, и, таким образом, увеличивая расстояние между уровнем Ферми и валентной зоной. Это создает заряженные области на поверхности полупроводниковой углеродной нанотрубки, увеличивая, таким образом, сопротивление нанотрубки. Состояние насыщения достигается при концентрациях порядка 40 ррш, и отклик сенсора продолжает усиливаться в соответствие с увеличением концентрации. Сенсор полностью восстанавливается до исходного состояния при нагреве до 80°С в потоке азота (1000 Бсст).

Другой группой исследователей был сконструирован сенсор на основе нанотрубных порошков. Сенсор был создан методом трафаретной печати, перед которой был произведен отжиг на воздухе в течение 2 часов при различных температурах для улучшения чувствительности [16]. Сенсор, отожженный при 200 °С был использован для детектирования N113 в потоке азота (500 Бсст). После подачи аммиака в концентрации 5 ррш в течение 10 минут сопротивление сенсора увеличилось на 8 % по сравнению с начальным. Из-за сильной связи между ОСНТ и молекулами аммиака опять же требуется длительное время на восстановление чувствительных свойств. Во время десорбции был увеличен поток газа-носителя для более быстрого удаления молекул с поверхности ОСНТ. Показано, что чем больше поток газа-носителя, тем скорее идет восстановление сенсорных свойств. ОСНТ демонстрируют изменение характера проводимости от полупроводникового при умеренных температурах (<350 °С) до металлического при высоких температурах (>350 °С), что означает, что термообработка может вызывать структурные изменения в ОСНТ, ведущие к изменению их хиральности. Нагрев при умеренных температурах ведет к понижению сопротивления сенсора,

уменьшая, однако, отклик к N113. Чтобы избежать указанных проблем в процессе измерения отклика нагрев не использовался, сенсор нагревался только во время десорбции на 5 минут до температуры 70 °С. Более того, на время восстановления сенсора поток газа-носителя был увеличен до 1000 Бсст. Обобщая, можно сказать, что при увеличении потока газа-носителя и нагреве до 70 °С время восстановления сенсора коренным образом уменьшилось.

Все вышерассмотренные методы частично улучшают время восстановления сенсоров на основе ОСНТ. Тем не менее, время восстановления сенсоров на основе чистых УНТ все ещё остаётся значительным.

Исходя из термодинамических представлений скорость адсорбции и десорбции молекул газа на твердой поверхности можно описать выражениями:

Где га и га скорости адсорбции и десорбции соответственно, Еа и Еа энергии активации адсорбции и десорбции, Т - температура, К и К' постоянные адсорбции и десорбции, 0 - характеристика заполнения поверхности. 1(0) - функция описывающая вакансии на поверхности твердого тела (1 - 0), Г(0) - функция, описывающая заполнение поверхности (0). Исходя из вышеуказанных уравнений га растет с увеличением давления газа и количества вакансий на поверхности и уменьшается с ростом энергии активации адсорбции, га увеличивается с ростом температуры десорбции и площади поверхности с адсорбированными молекулами и уменьшается с ростом энергии активации десорбции. Исходя из этого видно, что нагрев предпочтителен во время десорбции, что ускоряет восстановление сенсоров. С другой стороны облучение УФ излучением уменьшает энергию активации десорбции, что также подходит для ускорения восстановления газовых сенсоров. Однако, конструктивно нагреватель реализовать гораздо проще.

(1.4)

(1.5)

1.2. Химические сенсоры на основе МСНТ

На сегодняшний день установлено, что МСНТ проявляют чувствительность к различным газам, например Г*Щз, N0, N02, Нг, 8Бб и СЬ. Основным недостатком сенсоров на основе МСНТ также является длительное восстановление. Например, в работе [17] были исследованы два типа сенсорных структур с МСНТ. Одна из них представляла собой композит из МСНТ и БЮг, нанесенным на встречно -штыревой интегральный конденсатор. Другая структура была резистивного типа с МСНТ выращенными на змеевидном шаблоне из БЮг. Наблюдался отклик сенсоров на МСНТ к влажности, СО и СОг. Время отклика обоих сенсоров на №1з составило порядка 2-3 минут, однако для восстановления исходного отклика понадобилась выдержка в вакууме при температуре 100° С в течение нескольких дней. Изменения в сопротивлении структур были отнесены на счет р-типа проводимости в полупроводниковых МСНТ и барьеров Шоттки между полупроводниковыми нанотрубками и металлическими электродами. Из испытанных сенсоров лучший отклик показал сенсор на интегральном конденсаторе.

В работе [18] был разработан сенсор с встречно - штыревыми платиновыми электродами на подложке из АЬОз и нанесенной поверх сеткой из МСНТ. Было обнаружено, что сетки МСНТ показали быстрый и сильный отклик к №1з при комнатных температурах. Отклик (определяющийся как Б = (Яо - Я)/Ко, где Яо -сопротивление в атмосфере сухого воздуха, а Я - сопротивление в атмосфере, содержащей аммиак) варьировался в пределах 75 - 85 % при увеличении концентрации газа от 2500 до 7500 ррш. Объясняется такое изменение отклика переносом электронов с молекул газа на нанотрубки, что ведет к уменьшению сопротивления сетки УНТ.

Также был создан сенсор на основе МСНТ [19] с использованием метода трафаретной печати, при этом проводимость сенсора возвращалась к исходному значению при приложении разности потенциалов при детектировании N02- Отклик (8 = Оё/Оо, где во - начальная проводимость сетки нанотрубок, а Оё -проводимость после напуска N02) к 50 ррш N02 составил приблизительно 22,7%.

Проводимость сенсора восстановилась в условиях вакуума и нагрева с приложением разности потенциалов к электродам. Восстановление заняло 10 минут с приложением напряжения в 10 вольт и тепловым эффектом в 28,8 калорий. Время восстановления уменьшилось при подаче всего тепла одним импульсом, большим, чем при постепенном нагреве. Сетки МСНТ в сенсоре можно использовать как нагреватель при наведении разности потенциалов, и разностью потенциалов можно регулировать время восстановления. На десорбцию влияет тепловой эффект, которым можно управлять, изменяя разность потенциалов и время его приложения. Время восстановления уменьшается при увеличении разности потенциалов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Комаров, Иван Александрович, 2013 год

Список литературы

1. Новейшие датчики. Джексон Р.Г. М.: Техносфера, 2007. - 384 с.

2. H.W. Kroto, J.R. Heath, S.C. O'Brien, R.F. Curl and R.E. Smalley. C60: Вuckminsterfullerene. Nature, 318, 162 (1985);

3. S. Iijima. Helical microtubules of graphitic carbon. Nature, 354, 56 (1991);

4. K.S. Novoselov, A.K. Geiml, S.V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S.V. Dubonos, I.V. Grigorieva, A.A. Firsov. Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films. Science, 2004, Vol. 306 no. 5696 pp. 666-669/

5. YunWang and John T.W. Yeow. A Review of Carbon Nanotubes-Based Gas Sensors. Journal of Sensors. Volume 2009, Article ID 493904, 24 pages;

6. Chengguo Hu, Shengshui Hu. Carbon Nanotube-Based Electrochemical Sensors: Principles and Applications in Biomedical Systems. Journal of Sensors. Volume 2009, Article ID 187615, 40 pages;

7. J. Zhao, A. Buldum, J. Han, and J.P. Lu "Gas molecule adsorption in carbon nanotubes and nanotube bundles", Nanotechnology, vol. 13, no. 2, pp. 195-200, 2002.

8. J. Kong, N.R. Franklin, C. Zhou, et al., "Nanotube molecular wires as chemical sensors", Science, vol. 287, no. 5453, pp. 622-625, 2000.

9. J. Zhang, A. Boyd, A. Tselev, M. Paranjape, and P. Barbara, "Mechanism of N02 detection in carbon nanotube field effect transistor chemical sensors," Applied Physics Letters, vol. 88, no. 12, Article ID 123112, 3 pages, 2006.

10. T. Helbling, R. Pohle, L. Durrer, et al., "Sensing N02 with individual suspended single-walled carbon nanotubes", Sensors and Actuators B, vol. 132, no. 2, pp. 491-497, 2008.

11. S. Peng, K. Cho, P. Qi, and H. Dai, "Ab initio study of CNT N02 gas sensor," Chemical Physics Letters, vol. 387, no. 4-6, pp. 271-276, 2004.

12. J. P.Novak, E.S. Snow, E.J. Houser, D. Park, J.L. Stepnowski, and R.A. McGill, "Nerve agent detection using networks of single-walled carbon nanotubes," Applied Physics Letters, vol.83, no. 19, pp. 4026^1028, 2003.

13. N. Peng, Q. Zhang, Y.C. Lee, O.K. Tan, and N. Marzari, "Gate modulation in carbon nanotube field effect transistors-based NH3 gas sensors," Sensors and Actuators B, vol. 132, no. 1, pp.191-195, 2008.

14. M. Lucci, A. Reale, A. Di Carlo, et al., "Optimization of a NOx gas sensor based on single walled carbon nanotubes," Sensors and Actuators B, vol. 118, no. 1-2, pp. 226231,2006.

15. H.-Q. Nguyen and J.-S. Huh, "Behavior of single-walled carbon nanotube-based gas sensors at various temperatures of treatment and operation," Sensors and Actuators B, vol. 117, no. 2, pp. 426-430, 2006.

16. O.K. Varghese, P.D. Kichambre, D. Gong, K.G. Ong, E.C. Dickey, and C.A. Grimes, "Gas sensing characteristics of multi-wall carbon nanotubes," Sensors and Actuators B, vol. 81, no. 1, pp. 32-41, 2001.

17. L.H. Nguyen, T.V. Phi, P.Q. Phan, H.N. Vu, C. Nguyen-Due, and F. Fossard, "Synthesis of multi-walled carbon nanotubes for NH3 gas detection," Physica E, vol. 37, no. 1-2, pp. 54-57, 2007.

18. S.-I. Moon, K.-K. Paek, Y.-H. Lee, et al., "Bias-heating recovery of MWCNT gas sensor," Materials Letters, vol. 62, no. 16, pp. 2422-2425, 2008.

19. J. Suehiro, G. Zhou, and M. Hara, "Detection of partial discharge in SF6 gas using a carbon nanotube-based gas sensor," Sensors and Actuators B, vol. 105, no. 2, pp. 164— 169, 2005. Journal of Sensors 15

20. G. Sun, S. Liu, K. Hua, X. Lv, L. Huang, and Y. Wang, "Electrochemical chlorine sensor with multi-walled carbon nanotubes as electrocatalysts," Electrochemistry Communications, vol. 9, no. 9, pp. 2436-2440, 2007.

21. J.M. Nugent, K.S.V. Santhanam, A. Rubio, and P.M. Ajayan, "Fast electron transfer kinetics on multiwalled carbon nanotube microbundle electrodes," Nano Letters, vol. 1, no. 2, pp. 87-91,2001.

22. R. Ionescu, E.H. Espinosa, E. Sotter, et al., "Oxygen functionalization of MWNT and their use as gas sensitive thick-film layers," Sensors and Actuators B, vol. 113, no. 1, pp. 36^16, 2006.

23. J. Suehiro, G. Zhou, H. Imakiire, W. Ding, and M. Hara, "Controlled fabrication of carbon nanotube N02 gas sensor using dielectrophoretic impedance measurement," Sensors and Actuators B, vol. 108, no. 1-2, pp. 398-403, 2005.

24. L. Valentini, C. Cantalini, I. Armentano, J.M. Kenny, L. Lozzi, and S. Santucci, "Highly sensitive and selective sensors based on carbon nanotubes thin films for

molecular detection," Diamond and Related Materials, vol. 13, no. 4-8, pp. 1301-1305, 2004.

25. W.-S. Cho, S.-I. Moon, K.-K. Paek, Y.-H. Lee, J.-H. Park, and B.-K. Ju, "Patterned multiwall carbon nanotube films as materials of N02 gas sensors," Sensors and Actuators B, vol. 119, no. 1, pp. 180-185, 2006.

26. T. Ueda, M.M.H. Bhuiyan, H. Norimatsu, S. Katsuki, T. Ikegami, and F. Mitsugi, "Development of carbon nanotubebased gas sensors for NOx gas detection working at low temperature," Physica E, vol. 40, no. 7, pp. 2272-2277, 2008.

27. N.D. Hoa, N. Van Quy, Y. Cho, and D. Kim, "An ammonia gas sensor based on non-catalytically synthesized carbon nanotubes on an anodic aluminum oxide template," Sensors and Actuators B, vol. 127, no. 2, pp. 447^154, 2007.

28. C.S. Huang, B.R. Huang, Y.H. Jang, M.S. Tsai, and C.Y. Yeh, "Three-terminal CNTs gas sensor for N2 detection," Diamond and RelatedMaterials, vol. 14, no. 11-12, pp. 1872-1875,2005.

29. M. Lucci, P. Regoliosi, A. Reale, et al., "Gas sensing using single wall carbon nanotubes ordered with dielectrophoresis," Sensors and Actuators B, vol. 111-112, pp. 181-186, 2005.

30. H.-L. Hsu, J.-M. Jehng, Y. Sung, L.-C. Wang, and S.-R. Yang, "The synthesis, characterization of oxidized multi-walled carbon nanotubes, and application to surface acoustic wave quartz crystal gas sensor,"Materials Chemistry and Physics, vol. 109, no. l,pp. 148-155,2008.

31. J. MEaklin, T. Mustonen, K. Kordras, S. Saukko, G. Troth, and J. VEahEakangas, "Nitric oxide gas sensors with functionalized carbon nanotubes," Physica Status Solidi B, vol. 244, no. 11, pp. 4298^1302, 2007.

32. D. Fu, H. Lim, Y. Shi, et al., "Differentiation of gas molecules using flexible and all-carbon nanotube devices," Journal of Physical Chemistry C, vol. 112, no. 3, pp. 650653,2008.

33. T.H. Tran, J.-W. Lee, K. Lee, Y.D. Lee, and B.-K. Ju, "The gas sensing properties of single-walled carbon nanotubes deposited on an aminosilane monolayer," Sensors and Actuators B, vol. 129, no. 1, pp. 67-71, 2008.

34. P. Qi, O. Vermesh, M. Grecu, et al., "Toward large arrays of multiplex functionalized carbon nanotube sensors for highly sensitive and selective molecular detection," Nano Letters, vol. 3, no. 3, pp. 347-351, 2003.

35. E. Bekyarova, M. Davis, T. Burch, et al., "Chemically functionalized singlewalled carbon nanotubes as ammonia sensors," Journal of Physical Chemistry B, vol. 108, no. 51, pp. 19717-19720, 2004.

36. T. Zhang, S. Mubeen, E. Bekyarova, et al., "Poly(maminobenzene sulfonic acid) functionalized single-walled carbon nanotubes based gas sensor," Nanotechnology, vol. 18, no. 16, Article ID 165504, 6 pages, 2007.

37. K.H. An, S.Y. Jeong, H.R. Hwang, and Y.H. Lee, "Enhanced sensitivity of a gas sensor incorporating single-walled carbon nanotube-polypyrrole nanocomposites," Advanced Materials, vol. 16, no. 12, pp. 1005-1009, 2004.

38. X. Liu, J. Ly, S. Han, et al., "Synthesis and electronic properties of individual single-walled carbon nanotube/polypyrrole composite nanocables," Advanced Materials, vol. 17, no. 22, pp. 2727-2732, 2005.

39. P. Santhosh, K.M. Manesh, A. Gopalan, and K.-P. Lee, "Novel amperometric carbon monoxide sensor based on multiwall carbon nanotubes grafted with polydiphenylamine. Fabrication and performance," Sensors and Actuators B, vol. 125, no. l,pp. 92-99, 2007.

40. J.K. Abraham, B. Philip, A. Witchurch, V.K. Varadan, and C.C. Reddy, "A compact wireless gas sensor using a carbon nanotube/PMMA thin film chemiresistor," Smart Materials and Structures, vol. 13, no. 5, pp. 1045-1049, 2004.

41. K.S.V. Santhanam, R. Sangoi, and L. Fuller, "A chemical sensor for chloromethanes using a nanocomposite of multiwalled carbon nanotubes with poly(3-methylthiophene)," Sensors and Actuators B, vol. 106, no. 2, pp. 766-771, 2005.

42. B. Zhang, R.W. Fu, M.Q. Zhang, X.M. Dong, P.L. Lan, and J.S. Qiu, "Preparation and characterization of gas-sensitive composites from multi-walled carbon nanotubes/polystyrene," Sensors and Actuators B, vol. 109, no. 2, pp. 323-328, 2005.

43. L. Niu, Y. Luo, and Z. Li, "A highly selective chemical gas sensor based on functionalization of multi-walled carbon nanotubes with poly(ethylene glycol)," Sensors and Actuators B, vol. 126, no. 2, pp. 361-367, 2007.

44. L. Valentini, V. Bavastrello, E. Stura, I. Armentano, C. Nicolini, and J. M. Kenny, "Sensors for inorganic vapor detection based on carbon nanotubes and poly(o-anisidine) nanocomposite material," Chemical Physics Letters, vol. 383, no. 5-6, pp. 617-622, 2004.

45. C. Wei, L. Dai, A. Roy, and T.B. Tolle, "Multifunctional chemical vapor sensors of aligned carbon nanotube and polymer composites," Journal of the American Chemical Society, vol. 128, no. 5, pp. 1412-1413, 2006.

46. A. Ruiz, J. Arbiol, A. Cirera, A. Cornet, and J.R. Morante, "Surface activation by Pt-nanoclusters on titania for gas sensing applications,"Materials Science and Engineering C, vol. 19, no. 1-2, pp. 105-109, 2002.

47. J. Kong, M.G. Chapline, and H.J. Dai, "Functionalized carbon nanotubes for molecular hydrogen sensors," Advanced Materials, vol. 13, no. 18, pp. 1384-1386, 2001.

48. I. Sayago, E. Terrado, M. Aleixandre, et al., "Novel selective sensors based on carbon nanotube films for hydrogen detection," Sensors and Actuators B, voh 122, no. 1, pp. 75-80, 2007.

49. S. Mubeen, T. Zhang, B. Yoo, M.A. Deshusses, and N.V. Myung, "Palladium nanoparticles decorated single-walled carbon nanotube hydrogen sensor," Journal of Physical Chemistry C, vol. 111, no. 17, pp. 6321-6327, 2007.

50. Y. Sun and H.H. Wang, "Electrodeposition of Pd nanoparticles on single-walled carbon nanotubes for flexible hydrogen sensors," Applied Physics Letters, vol. 90, no. 21, Article ID 213107, pp. 1-3, 2007.

51. J. Sippel-Oakley, H.-T. Wang, B.S. Kang, et al., "Carbon nanotube films for room temperature hydrogen sensing," Nanotechnology, vol. 16, no. 10, pp. 2218-2221, 2005. 16 Journal of Sensors

52. D. Ding, Z. Chen, S. Rajaputra, and V. Singh, "Hydrogen sensors based on aligned carbon nanotubes in an anodic aluminum oxide template with palladium as a top electrode," Sensors and Actuators B, vol. 124, no. 1, pp. 12-17, 2007.

53. Y. Lu, J. Li, J. Han, et al., "Room temperature methane detection using palladium loaded single-walled carbon nanotube sensors," Chemical Physics Letters, vol. 391, no. 4-6, pp. 344-348, 2004.

54. Y. Li, H. Wang, Y. Chen, and M. Yang, "A multi-walled carbon nanotube/palladium nanocomposite prepared by a facile method for the detection of

methane at room temperature," Sensors and Actuators B, vol. 132, no. 1, pp. 155-158, 2008.

55. G.V. Kamarchuk, I.G. Kolobov, A.V. Khotkevich, et al., "New chemical sensors based on point heterocontact between single wall carbon nanotubes and gold wires," Sensors and Actuators B, vol. 134, no. 2, pp. 1022-1026, 2008.

56. A. Star, V. Joshi, S. Skarupo, D. Thomas, and J.-C.P. Gabriel, "Gas sensor array based on metal-decorated carbon nanotubes," Journal of Physical Chemistry B, vol. 110, no. 42, pp. 21014-21020, 2006.

57. Y. Lu, C. Partridge, M. Meyyappan, and J. Li, "A carbon nanotube sensor array for sensitive gas discrimination using principal component analysis," Journal of Electroanalytical Chemistry, vol. 593, no. 1-2, pp. 105-110, 2006.

58. B.-Y.Wei, M.-C. Hsu, P.-G. Su, H.-M. Lin, R.-J. Wu, and H.-J. Lai, "A novel Sn02 gas sensor doped with carbon nanotubes operating at room temperature," Sensors and Actuators B, vol. 101, no. 1-2, pp. 81-89, 2004.

59. J. Gong, J. Sun, and Q. Chen, "Micromachined sol-gel carbon nanotube/Sn02 nanocomposite hydrogen sensor," Sensors and Actuators B, vol. 130, no. 2, pp. 829-835, 2008.

60. N.D. Hoa, N.V. Quy, Y.S. Cho, and D. Kim, "Nanocomposite of SWCNTs and Sn02 fabricated by soldering process for ammonia gas sensor application," Physical Status Solidi A, vol. 204, no. 6, pp. 1820-1824, 2007.

61. Y.-L. Liu, H.-F. Yang, Y. Yang, Z.-M. Liu, G.-L. Shen, and R.-Q. Yu, "Gas sensing properties of tin dioxide coated onto multiwalled carbon nanotubes," Thin Solid Films, vol. 497, no. 1-2, pp. 355-360, 2006.

62. Y. Chen, C. Zhu, and T. Wang, "The enhanced ethanol sensing properties of multi-walled carbon nanotubes/Sn02 core/shell nanostructures," Nanotechnology, vol. 17, no. 12, pp. 3012-3017, 2006.

63. E.H. Espinosa, R. lonescu, B. Chambon, et al., "Hybrid metal oxide and multiwall carbon nanotube films for low temperature gas sensing," Sensors and Actuators B, vol. 127, no. l,pp. 137-142, 2007.

64. N. Van Hieu, L.T.B. Thuy, and N.D. Chien, "Highly sensitive thin film v gas sensor operating at room temperature based on Sn02/MWCNTs composite," Sensors and Actuators B, vol. 129, no. 2, pp. 888-895, 2008.

65. J. Wang, L. Liu, S.-Y. Cong, J.-Q. Qi, and B.-K. Xu, "An enrichment method to detect low concentration formaldehyde," Sensors and Actuators B, vol. 134, no. 2, pp. 1010-1015,2008.

66. C. Bittencourt, A. Felten, E.H. Espinosa, et al., "W03 films modified with functionalised multi-wall carbon nanotubes: morphological, compositional and gas response studies," Sensors and Actuators B, vol. 115, no. 1, pp. 33-41, 2006.

67. M. Sranchez, R. Guirado, and M.E. Rincr on, "Multiwalled carbon nanotubes embedded in sol-gel derived Ti02 matrices and their use as room temperature gas sensors," Journal of Materials Science: Materials in Electronics, vol. 18, no. 11, pp.11311136, 2007.

68. Hamada N., Sawada S. Oshiyama A. New one-dimensional conductors: graphitic microtubules // Phys. Rev. Lett. - 1992. - V. 68. - Iss. 10. - P. 1579-1581.

69. Saito R., Fujita M., Dresselhaus G. et al. Electronic structure of chiral graphene tubules // Appl. Phys. Lett. - 1992. Vol 60. N. 18. P. 2204-2206.

70. Mintmire J.W., Dunlap B.I., White C.T. Are fullerene tubules metallic? // Phys. Rev. Lett. - 1992. - V. 68. - Iss. 5. - P. 631-634.

71. Thess, A., Lee, R., Nikolaev, P., Dai, H.J., Petit, P., Robert, J., Xu, C.H., Lee, Y.H., Kim, S.G., Rinzler, A.G., Colbert, D.T., Scuseria, G.E., Tomanek, D., Fischer, J.E., and Smalley, R.E., Crystalline ropes of metallic carbon nanotubes, Science 273, 483-487, 1996.

72. Ebbesen, T.W. and Ajayan, P.M., Large-scale synthesis of carbon nanotubes, Nature 358, 220-222, 1992.

73. Endo, M., Takeuchi, K., Igarashi, S., Kobori, K., Shiraishi, M., and Kroto, H.W., The production and structure of pyrolytic carbon nanotubes (PCNTs), Journal of the Physics and Chemistry of Solids 54, 1841-1848, 1993.

74. Lyu, S.C., Liu, B.C., Lee, S.H., Park, C.Y., Kang, H.K., Yang, C.W., and Lee, C.J., Large-scale synthesis of high-quality single-walled carbon nanotubes by catalytic decomposition of ethylene, Journal of Physical Chemistry B 108, 1613, 2004.

75. Low Temperature Synthesis of Vertically Aligned Carbon Nanotubes with Electrical Contact to Metallic Substrates Enabled by Thermal Decomposition of the Carbon Feedstock. Gilbert D. Nessim, Matteo Seita, Kevin P. O'Brien, A. John Hart,

Ryan К. Bonaparte, Robert R. Mitchell, and Carl V. Thompson. Nano Letters 2009 Vol.9, No. 10 3398-3405

76. Effects of catalyst film thickness on plasma-enhanced carbon nanotube growth. S. Hofmann, M. Cantoro, B. Kleinsorge, C. Casiraghi, A. Parvez, and J. Robertson, C. Ducati. Journal of applied physics 98, 034308 (2005).

77. Altering the catalytic activity of thin metal catalyst films for controlled growth of chemical vapor deposited vertically aligned carbon nanotube arrays. C.M. Rouleau, G. Eres, H. Cui, H.m. Christen, A.A. Puretzky, D.B. Geohegan. Applied Physics A Materials Science & Processing (2008) 93: 1005-1009.

78. Exploring Advantages of Diverse Carbon Nanotube Forests with Tailored Structures Synthesized by Supergrowth from Engineered Catalysts. Bin Zhao, Don N. Futaba, Satoshi Yasuda, Megumi Akoshima, Takeo Yamada, and Kenji Hata. ACSNANO Vol.3, NO. 1.

79. Неволин B.K., Симунин M.M. "Установка для получения углеродных нанотрубок методом каталитического пиролиза из газовой фазы этанола (статья)" Получение углеродных нанотрубок методом каталитического пиролиза из газовой фазы этанола // Наноиндустрия №3. 2007. С. 34-36.

80. Технология тонких пленок. Справочник. Под ред. JL Майссела, Р. Глэнга. М. «Советское радио» 1977.

81. Бобринецкий И.И. Электрофорез в задачах очистки, сепарирования и интеграции углеродных нанотрубок // Российские нанотехнологии. 2009. Том 4. № 1-2. С. 62-66.

82. Гаврилов С.А., Ильичёв Э.А., Козлитин А.И., и др. Латеральный эмиттер как элемент интегральной эмиссионной электроники // ПЖТФ т. 30 № 11 2004. С. 4853.

83. Лякишев Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. // М.: Машиностроение 2000.

84. Arnold, M.S., et al., Nano Lett. (2005) 5, 713

85. The role of surfactants in dispersion of carbon nanotubes. Linda Vaisman, H. Daniel Wagner, Gad Marom. Advances in Colloid and Interface Science 128-130 (2006) 37^46;

86. Нанотехнологии. Азбука для всех. / под ред. Ю.Д. Третьякова. - М.: Физматлит, 2008.

87. Э.Г. Раков. Нанотрубки и фуллерены: Учебн. пособие. - М.: Университетская книга, Логос, 2006. - 376 с.

88. Dyke, С.А. and Tour, J.M. Unbundled and highly fiinctionalized carbon nanotubes from aqueous reactions, Nano Lett., 3, 1215, 2003.

89. Reuss F.F. // Mem.Soc.Imperiale Naturalistes de Moscow, 2, 327 1809.

90. Knecht et al., J. Col. Int. Sc. 318, p. 477, 2008.

91. Yamamoto K., Akita S., Nakayama Y. Orientation and purification of carbon nanotubes using ac electrophoresis // J. Phys. D: Appl. Phys. 1998. V. 31. P. L34-L36.

92. Krupke R., Hennrich F., Lohneysen H., Kappes M. M. Separation of metallic from semiconducting single-walled carbon nanotubes // Science. 2003. Vol 301. P. 344-347.

93. Monica A.H., Papadakis S.J., Osiander R., Paranjape M. Wafer-level assembly of carbon nanotube networks using dielectrophoresis // Nanotechnology. 2008. V. 19. P. 085303 -085307.

94. Vijayaraghavan A., Blatt S., Weissenberger D., Oron-Carl M., Hennrich F., Gerthsen D., Hahn H., Krupke R. Ultra-large-scale directed assembly of single-walled carbon nanotube devices // Nano Lett. 2007. V. 7. N. 6. P. 1556 - 1560.

95. H. Rosa, M.Chan, K.Carmen, M.Fung, J Li. Rapid assembly of carbon nanotubes for nanosensing by dielectrophoretic force (Centre for Micro and Nano Systems,2004)

96. Transparent Conductive Coatings Based on Carbon Nanotubes. Bernat Terres Güerri, Nüria Ferrer Anglada. 2008

97. Carbon Nanotube Thin Films: Fabrication, Properties, and Applications. Liangbing Hu, David S. Hecht, and George Gruner. 10.1021

98. Lotya M., Hernandez Y., King P.J., Smith R.J., Nicolosi V., Karlsson L.S., Blighe F.M., De S., Wang Z., McGovern I.T., Duesberg G.S., Coleman JN., Liquid Phase Production of Graphene by Exfoliation of Graphite in Surfactant/Water Solutions // J. Am. Chem. Soc. - 2009. №131. - C. 3611.

99. Green A.A., Hersam M.C., Solution Phase Production of Graphene with Controlled Thickness via Density Differentiation // Nano Lett. - 2009. №9. - C. 4031-4036.

100. Liang Y., Wu D., Feng X., Dispersion of Graphene Sheets in Organic Solvent Supported by Ionic Interactions // Adv. Mater. - 2009. №21. - C. 1679-1683.

101. Lotya M., King P.J., Khan U., De S., Coleman JN., High-concentration, surfactant-stabilized graphene dispersions //ACS Nano. -2010. -№4. -C. 3155-3162.

102. Dheeraj Jain, Nima Rouhi, Christopher Rutherglen, Crystal G. Densmore, Stephen K. Doom and Peter J. Burke. Effect of Source, Surfactant, and Deposition Process on Electronic Properties of Nanotube Arrays, ournal of Nanomaterials Volume 2011, Article ID 174268, 7 pages, doi: 10.1155/2011/174268

103. Qiang Fu and Jie Liu. Effects of Ionic Surfactant Adsorption on Single-Walled Carbon Nanotube Thin Film Devices in Aqueous Solutions. Langmuir 2005, 21, 11621165

104. Richard Axel. Scents and sensibility: a molecular logic of olfactory perception. Nobel Lecture, December 8, 2004;

105. Carbon Nanotubes as Active Components for Gas Sensors. Wei-De Zhang and Wen-Hui Zhang. Journal of Sensors Volume 2009, Article ID 160698.

106. Cui Y, Wei Q, Park H.K. et al. Nanowire Nanosensors for Highly Sensitive and Selective Detection of Biological and Chemical Species Science 2001 Vol. 293 no. 5533 pp. 1289-1292

107. J.X. Wang, X.W. Sun, Y. Yang et al. Hydrothermally grown oriented ZnO nanorod arrays for gas sensing applications // Nanotechnology 17 (19) (2006) 4995.

108. Lao C, Li Y, Wong C.P. et al. Enhancing the Electrical and Optoelectronic Performance of Nanobelt Devices by Molecular Surface Functionalization Nano Lett. 2007 7 (5), pp 1323-1328,

109. Chen X.H. and Moskovits M. Observing Catalysis through the Agency of the Participating Electrons: Surface-Chemistry-Induced Current Changes in a Tin Oxide Nanowire Decorated with Silver Nano Lett. 2007, 7 (3), pp 807-812

110. Chang Fu Dee, Ishaq Ahmad, Yan Long et al. Contact welding study of carbon nanotube with ZnO nanowire Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, Volume 43, Issue 10, August 2011, Pages 1857-1862

111. Emrah Unalan Husnu, Hiralal Pritesh et al. "Flexible organic photovoltaics from zinc oxide nanowires grown on transparent and conducting single walled carbon nanotube thin films" Journal of Materials Chemistry 18 5909-5912 (2008)

112. Li С, Jin Z, Chu H et al. Seed-Mediated Growth of ZnO Nanorods on Multiwalled Carbon Nanotubes Journal of Nanoscience and Nanotechnology, Vol.. 8, No. 9. (September 2008), pp. 4441-4446

113. Chen Po-Chiang, Ishikawa Fumiaki N, Chang Hsiao-Kang et al. A nanoelectronic nose: a hybrid nanowire/carbon nanotube sensor array with integrated micromachined hotplates for sensitive gas discrimination //Nanotechnology 20 (2009) 125503 (8pp)

114. Huang Hongwen, Yu Qing, Ye Yinghui et al. Thin copper oxide nanowires/carbon nanotubes interpenetrating networks for lithium ion batteries // CrystEngComm, 2012

115. И.И. Бобринецкий, A.B. Бессонова, B.K. Неволин и др. Разработка методик исследования сорбционных свойств агломератов углеродных нанотрубок.\\Известия вузов. Электроника. - 2011. №.2. - С. 43-50

116. Бобринецкий И.И., Электрофорез в задачах очистки, сепарирования и интеграции углеродных нанотрубок. Российские нанотехнологии, №1-2, 2010, том 4, с. 110-114

117. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Горшков К.В. и др. Использование метода диэлектрофореза при формировании интегральных структур на основе углеродных нанотрубок. Нано- и микросистемная техника. - 2009. - № 2. - С. 10-13.

118. Peigney A., Laurent Ch., Flahaut Е. et al. Specific surface area of carbon nanotubes and bundles of carbon nanotubes.// Carbon. - 2001. - Vol. 39. - Iss. 4. -P. 507-514.

119. Wang Xinjuan, Zhang Qinglin, Wan Qiang et al. Controllable ZnO Architectures by Ethanolamine-Assisted Hydrothermal Reaction for Enhanced Photocatalytic Activity.// J. Phys. Chem. -2011.- Vol.115.-P.2769-2775.

120. Lupan Oleg, Chai Guangyu, Chow Lee, Novel hydrogen gas sensor based on single ZnO nanorod, Microelectronic Engineering, Volume 85, Issue 11, November 2008, Pages 2220-2225, ISSN 0167-9317, 10.1016/j.mee.2008.06.021

121. Lu, J.G.; Chang, P.C.; Fan, Z.Y. Quasi-one-dimensional metal oxide materials-synthesis, properties and applications. Mater. Sci. Eng. R 2006, 52, 49-91

122. Raju A.R., Rao C.N.R., Gas-sensing characteristics of ZnO and copper-impregnated ZnO Sens. Actuators В Chem. 3 (4) (1991) 305

123. S. K. Gupta, Aditee Joshi and Manmeet Kaur . Development of gas sensors using ZnO nanostructures J. Chem. Sci., Vol. 122, No. 1, January 2010, pp. 57-62.

124. Z.Y. Fan, J.G. Lu, Chemical sensing with ZnO nanowire field-effect transistor, IEEE Trans. Nano., 2006 VOL. 5, NO. 4, p 393-396

125. Ahn Kyoung Soo, Kim Ji Hoon, Lee Kyoung Nam et al. Multi-Wall Carbon Nanotubes as a High-Efficiency Gas Sensor // J. Korean Phys.Soc., Vol. 45, № 1, July 2004, pp. 158-161

126. Бобринецкий И.И., Неволин B.K., Строганов А.А. и др. Чувствительность структур на основе сеток из пучков углеродных нанотрубок к изменению концентрации аммиака в атмосфере // Датчики и системы. - 2007. - №9. - С. 22 27.

127. Ulbricht Н., Moos G., Hertel Т. Interaction of molecular oxygen with single-wall carbon nanotube bundles and graphite // Surface Science. 2003. V. 532 -535. P. 852-856.

128. Ferrer-Anglada N., Perez-Puigdemont J., Figueras J., Muhammad Z.I., Siegmar R. Flexible, transparent electrodes using carbon nanotubes // Nanoscale Research Letters. 2012. V. 7. P. 571-574.

129. Scardaci V., Coull R., Coleman J.N. Very thin transparent, conductive carbon nanotube films on flexible substrates // Appl. Phys. Lett. 2010.V. 97. № 2. 023114

130. Zikang Т., Sheng P. Nanoscale Phenomena: Basic Science to Device Applications // Series:Lecture Notes in Nanoscale Science and Technology. 2008. V. 2. № 14. 248 p.

131. Han J.T., Kim J.S., Lee S.G., Bong H., Jeong H.J., Jeong S.Y., Cho K., Lee G. Chemical Strain-Relaxation of Single-Walled Carbon Nanotubes on Plastic Substrates for Enhanced Conductivity // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. № 45. P. 22251-22256.

132. Zhang J., Gao L., Sun J., Liu Y., Wang Y., Wang J., Kajiura H., Yongming Li, Noda K. Dispersion of Single-Walled Carbon Nanotubes by Nafion in Water/Ethanol for Preparing Transparent Conducting Films //J. Phys. Chem. 2008. V. 112. P.16370-16376.

133. Saran N., Parikh K., Suh D.S., Munoz E., Kolla, H., Manohar S.K. Fabrication and Characterization of Thin Films of Single-Walled Carbon Nanotube Bundles on Flexible Plastic Substrate//J.Am.Chem.Soc. 2004. V. 126. № 14. P. 4462-4463.

134. Thomas Crouzier, Aditya Nimmagadda, Matthias U. Nollert, and Peter S. McFetridge , Modification of Single Walled Carbon Nanotube Surface Chemistry to Improve Aqueous Solubility and Enhance Cellular Interactions // Langmuir 2008.V. 24. P.13173 - 13181.

135. Xiaolin Li, Li Zhang, Xinran Wang, Iwao Shimoyama, Xiaoming Sun Won-SeokSeo, and Hongjie Dai. Langmuir-Blodgett Assembly of Densely Aligned Single-

Walled Carbon Nanotubes from Bulk Materials // J.Am.Chem.Soc. 2007. V. 129. № 16. P. 4890-4891.

136. Yan Y.H., Chan-Park M.B., Zhang Q. Advances in carbon-nanotube assembly// Small. 2007. V. 3. № 1. P.24-42.

137. Pham D.T., Subbaraman H., Chen M.Y., Xiaochuan Xu., Chen R.T., Self-Aligned Carbon Nanotube Thin-Film Transistors on Flexible Substrates With Novel Source-Drain Contact and Multilayer Metal Interconnection.//Nanotechnology, IEEE Transactions on ,Jan. 2012. V. ll.№. 1. P.44-50.

138. Pei S., Du J., Zeng Y., Liu C., Cheng H.-M., The fabrication of a carbon nanotube transparent conductive film by electrophoretic deposition and hot-pressing transfer // Nanotechnology. 2009. V. 20. №23. P.5707.

139. Podgaetsky V M, Selishchev S V, Bobrinetskii 11 and Nevolin V К 2008 Volumetric nanodesign by new laser method. Application for medical purposes Optical Memory & Neural Networks 17 147-51

140. Crouzier T., Nimmagadda A., Nollert M. U., and McFetridge P.S. 2008 Modification of single walled carbon nanotube surface chemistry to improve aqueous solubility and enhance cellular interactions Langmuir 24 13173-81

141. Zheng M, Jagota A, Semke E.D., Diner B.A., McLean R.S., Lustig S.R., Richardson R.E., Tassi N.G. 2003 DNA-assisted dispersion and separation of carbon nanotubes Nat. Mater. 2 338-42.

142. Asuri P., Karajanagi S.S., Yang H., Yim T.J., Kane R.S., Dordick J.S. 2006 Increasing protein stability through control of the nanoscale environment Langmuir 22 5833-6

143. Krestinin A.V., Kiselev N.A., Raevskii A.V., Ryabenko A.G. Perspective of single-wall carbon nanotube production in the arc-discharge process // Eurasian Chem. Tech. J. 2003. V. 5. №1. P. 7-18.

144. B. Dan, G.C. Irvin, M. Pasquali Continuous and Scalable Fabrication of Transparent Conducting Carbon Nanotube Films // ACS Nano. 2009. V. 3. №4. P.835-843

145. Бобринецкий И.И., Неволин B.K. Микромеханика углеродных нанотрубок на подложках // Микросистемная техника. 2002. № 4. С 20-21.

146. Mandal H.S., Ward A., Tang X. Transferable thin films of pristine carbon nanotubes // J Nanosci Nanotechnol. 2011. V. 11. № 4. P.3265-3272.

147. L. Hu, D.S. Hecht, G. Gruner .Percolation in Transparent and Conducting Carbon Nanotube Networks // NANO LETTERS. 2004. V. 4. №.12. P.2513-2517.

148. Dressel M.; Gruner G. Electrodynamics of Solids: Optical Properties of Electrons in Matter // Cambridge University Press: Cambridge. 2002. 474 p.

149. Doherty E.M., De S., Lyons E.P., Shmeliov A., Nirmalraj P.N., Scardaci V., Joimel J., Blau W.J., Boland J.J., Coleman J.N., The spatial uniformity and electromechanical stability of transparent, conductive films of single walled nanotubes // Carbon .2009. V. 47. № 10. P. 2466-2473

150. Zhou Y., Hu L., Gruner G.A method of printing carbon nanotube thin films // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 88. № 3. P. 123109

151. Kim C., Cakmak M., Zhou X. Effect of composition on orientation, Optical and Mechanical properties of bi-axially drawn pen and pen/pei blend films // Polymer .1998. V. 39. № 10. P.4225.

152. Borodko Y., Jones L., Lee H., Frei H., Somorjai G. Spectroscopic study of tetradecyltrimethylammonium bromide Pt-C14TAB nanoparticles: Structure and Stability // Langmuir .2009. V. 25. № 12. P. 6665-6671.

153. Dresselhaus M.S., Dresselhaus G., Saito R., Jorio A.. Raman spectroscopy of carbon nanotubes // Physics reports. 2004. V. 409. № 2. P.47-99.

154. Wang Y., Yang Z., Hou Z., Xu D., Wei L., Kong E.S.-W., Zhang Y. Flexible gas sensors with assembled carbon nanotube thin films for DMMP vapor detection // Sensors and Actuators B: Chemical. 2010. V. 150. № 2. P. 708-714.

155. Lipomi D.J., Vosgueritchian M., Tee B.C-K., Hellstrom S.L., Lee J.A., Fox, C.H. Bao Z. Skin-like pressure and strain sensors based on transparent elastic films of carbon nanotubes // Nature Nanotechnology. 2011. V. 6. № 12. P. 788-792.

156. So H.-M., Won K., Kim Y.H., Kim B.-K., Ryu B.H., Na P.S., Kim H., Lee J.-O. // Single-Walled Carbon Nanotube Biosensors Using Aptamers as Molecular Recognition Elements. Journal of the American Chemical Society. 2005. V. 127. № 34. P. 1190611907.

157. An T., Kim K.S., Hahn S.K., Lim G. // Real-time, step-wise, electrical detection of protein molecules using dielectrophoretically aligned SWNT-film FET aptasensors. Lab Chip. 2010. V. 10. P. 2052-2056.

158. Heller I., Janssens A.M., Männik J., Minot E.D., Lemay S.G., Dekker C. Identifying the Mechanism of Biosensing with Carbon Nanotube Transistors. Nano Letters. 2008. V. 8. № 2. P. 591-595.

Приложение

«УТВЕРЖДАЮ»

АКТ

Об использовании в производственном процессе ООО «Наносенсор» научных результатов диссертационной работы на соискание учёной степени кандидата технических наук аспиранта НОЦ ЗМНТ Комарова И.А. на тему «Разработка и исследование тонкоплёночных сенсорных структур для химических датчиков на основе углеродных нанотрубок».

В производственном процессе ООО «Наносенсор» при разработке интегральных химических сенсоров на основе углеродных нанотрубок и их композитов, используются следующие результаты диссертационной работы Комарова И.А.:

1. Технология формирования чувствительных слоев на основе композитов из нанотрубок и поверхностно-активных веществ и нановолокон оксида цинка.

2. Концепция распознавания различных сорбируемых на поверхность нанотрубок молекул путем анализа изменения проводимости в зависимости от типа используемого поверхностно активного вещества и от состава смеси углеродных нанотрубок и нановолокон оксида цинка.

Инженер-разработчик

В.А. Петухов

«УТВЕРЖДАЮ» «НИОБИС», Гришин 2013 г.

АКТ

Об использовании в производственном процессе Общества с ограниченной ответственностью «Наноинженерия органических и биологических интегрируемых систем» научных результатов диссертационной работы на соискание учёной степени кандидата технических наук аспиранта научно-образовательного центра «Зондовая микроскопия и нанотехнология» Комарова И. А. на тему «Разработка и исследование тонко плёночных сенсорных структур для химических датчиков на основе углеродных нанотрубок».

В производственном процессе ООО «Наноинженерия органических и биологических интегрируемых систем» при изготовлении структур для электрической стимуляции роста клеток используются следующие результаты диссертационной работы Комарова И.А.:

1. Методика формирования покрытий на основе углеродных наноматериалов с помощью аэрозольного нанесения при повышенном давлении.

Исполнительный директор, к.т.н.

Р.А. Морозов

УТВЕРЖДгОб^ ектор «МИЭТ» аучной работе С.А. Гаврилов 2013 г.

АКТ

об использовании результатов диссертационной работы Комарова Ивана Александровича

Комиссия в составе: председатель Неволин В. К., члены комиссии: Симунин М. М., Царик К. А. составили настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы «Разработка и исследование тонкоплёночных сенсорных структур для химических датчиков на основе углеродных нанотрубок» использованы в научных разработках и учебном процессе Национального исследовательского университета «МИЭТ» в следующем виде:

1.

2.

3.

Разработан конструктивно-технологический метод формирования сенсорных структур на основе углеродных нанотрубок. Результаты диссертационной работы были использованы при выполнении ряда НИР в научно-образовательном центре «Зондовая микроскопия и нанотехнология»: «Разработка технологических основ формирования высокопроводящих прозрачных покрытий на основе углеродных наноматериалов для задач функциональной электроники, сенсорной техники и биомедицины», «Разработка физико-технических основ формирования биоэлектронных сенсорных систем на основе углеродных наноматериалов», «Разработка методологических основ коррелированной атомно-силовой микроскопии и конфокальной микроскопии комбинационного рассеяния для диагностики наноматериалов и наноустройств».

Разработанные методики исследования сенсорных структур использованы при разработке и модернизации лекционных курсов и лабораторных работ по учебным дисциплинам: «Основы органической наноэлектроники», «Физические основы наноэлектроники», «Введение в нанотехнологию».

Председатель комиссии, руководитель НОЦ ЗМНТ, д.ф.-м.н., профессор

Члены комиссии: к.т.н., доцент

к.т.н., ведущии инженер-технолог

В. К. Неволин

М. М. Симунин К. А. Царик